[发明专利]基于声能耗散的隔板喷嘴最佳间隙设计方法及隔板喷嘴

权利要求书

1.一种基于声能耗散的隔板喷嘴最佳间隙的设计方法，其特征在于，采用渐进逼近的方法，将相邻喷嘴间的缓变截面通道简化为若干相互连接的等截面通道，通过阶跃条件，将相邻等截面通道的声学系统联系起来，建立隔板喷嘴间隙与声能耗散的关系；计算不同隔板喷嘴间隙下的声能耗散，当声能耗散最大时，所对应的隔板喷嘴间隙即为隔板喷嘴最佳间隙；

建立隔板喷嘴间隙与声能耗散关系的具体步骤如下：

通过渐进逼近方法获得的各等截面通道间隙s_m为：

其中D为隔板喷嘴直径，b为相邻隔板喷嘴间隙，x_m为各等截面通道的位置坐标；

相邻等截面通道处，利用压力守恒方程：

相邻等截面通道处，利用质量守恒方程：

方程(2)，(3)中，和为第m等截面通道声波振幅，和为第m+1等截面通道声波振幅，k＝ω/c为声波波数，ω＝2πf为角频率，f为工作频率，c为声波波速，△x为各等截面通道的宽度；

对压力守恒方程和质量方守恒方程整理，可得：

其中和为隔板喷嘴前声波振幅，和为隔板喷嘴后声波振幅；则声波经隔板喷嘴作用后，声能耗散表达式为：

由方程(1)、(4)、(5)，可建立隔板喷嘴直径D、隔板喷嘴间隙b与声能耗散e的关系式。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，计算不同隔板喷嘴间隙下的声能耗散时，设定火箭发动机工作在一定的工作频率、燃气温度条件下，根据给定的隔板喷嘴直径，改变隔板喷嘴间隙，进行声能耗散大小的计算。

3.根据权利要求1至2之一所述的方法，其特征在于，还包括针对不同喷嘴直径，对计算得到的隔板喷嘴最佳间隙值进行修正；当选用的喷嘴直径增加时，隔板喷嘴最佳间隙呈现减小趋势，因此在火箭发动机隔板喷嘴设计时，当选用的喷嘴直径增大时，应相应减小相邻隔板喷嘴间隙，直到间隙为相应喷嘴直径下的最佳间隙。

4.根据权利要求1至2之一所述的方法，其特征在于，还包括针对火箭发动机不同的工作频率，对计算得到的隔板喷嘴最佳间隙值进行修正；当火箭发动机额定工作频率增加时，隔板喷嘴最佳间隙呈现减小趋势，因此在火箭发动机隔板喷嘴设计时，当额定工作频率增加时，应相应减小相邻隔板喷嘴间隙，直到间隙为相应工作频率下的最佳间隙。

5.根据权利要求1至2之一所述的方法，其特征在于，还包括针对火箭发动机不同的燃气温度，对计算得到的隔板喷嘴最佳间隙值进行修正；当火箭发动机燃烧室燃气温度升高时，隔板喷嘴最佳间隙呈现增大趋势，因此在火箭发动机隔板喷嘴设计时，当推进剂燃气温度升高时，应相应增大相邻隔板喷嘴间隙，直到间隙为相应燃气温度下的最佳间隙。

6.一种根据权利要求1至5之一所述的方法设计的隔板喷嘴，所述隔板喷嘴由延伸到燃烧室的一系列喷嘴构成，所述喷嘴包括按一定排列方式排列的圆柱排，形成柱栅型吸声通道，其特征在于，相邻喷嘴间具有使声能耗散达到最大的最佳间隙。